상상할 수 없는 것을 상상한 아인슈타인

상대성 이론이란 무엇인가? - 세상에서 가장 쉬운 물리학 특강
제프리 베네트 지음, 이유경 옮김 / 처음북스 / 2019년 5월

상상할 수 없는 것을 상상한 아인슈타인

상대성이론, 정확히 뭘 말하는지는 몰라도 누구나 한번쯤은 그 명칭을 들어봤을 것이다. 개인적으로 우주를 동경하여 지난 학기 때 교양으로 지구와 우주 과목을 수강했던지라 세상에서 가장 쉬운 물리학 특강이란 <상대성 이론이란 무엇인가>를 읽은 건 필연적이었다. 결론부터 말하자면 문송한 문과생에게 상대성 이론은 쉽게 넘을 수 있는 벽은 아니었다. 이 책의 장점은 상대성 이론을 오롯이 이해는 하지 못하더라도 무슨 내용인지는 알 수 있도록 잘 설명한다. 우리는 빛이 얼마나 빠른지를 눈으로 볼 수도 없고 일반인의 입장에서 실험해 본 적도 없으니 빠르다는 인지만으로 체감할 수 없다. 또한 우주 근처에도 가본 적이 없으니 상대성 이론을 적용해서 말하는 것을 머릿속으로 상상할 수 있는 능력이 부족하다. 우주를 향한 그 시대의 주류 의견을 뒤집고 새로운 개념을 생각해 낸 아인슈타인은 역시 천재구나, 감탄하게 된다. 사실 왜 천재인지도 감이 안온다. 내가 어느 정도 생각해낼 수 있는 범위라면 우와라는 감탄사라도 나오지, 우주는 역시나 너무 광활하다.

지난 학기 교양으로 우주에 관해 맛보기라도 봤다고 말하기 민망할 만큼 우주에 관련된 단어에 대해서 아는 게 없어서 조금 읽기 애먹었다. 그런 나 조차도 대충 상대성 이론이 이런 거구나 이해할 수는 없지만 내용에 대한 개념이 잡힌 걸 보니 세상에서 가장 쉬운 물리학 특강은 인정할 수 밖에 없다. 아인슈타인은 특수상대성 이론을 먼저 발표했고 그로부터 10년 후, 일반상대성 이론을 발표했는데 솔직히 특수상대성 이론부분 까지는 이해하면서 읽었다. 뒤로 갈수록 문자 그대로만 읽혀서 일반상대성 이론은 뭐라고 말 하기가 어렵지만 말이다.

일단 우리가 흔히 가지고 있는 통념을 깬 것부터가 흥미로웠다. 아무리 우주에 무지한 사람도 블랙홀은 안다. 블랙홀 하면 가장 먼저 떠오르는 건 무자비하게 주변에 지나가는 모든 것을 빨아들이는 진공청소기였다. 하지만 저자는 이는 잘못되었다고 단호히 말한다. 오히려 우리가 우주에 가더라도 의도적으로 그 안에 들어가려고 하는 게 아닌 이상 유유히 지나갈 확률이 더 높다고 말한다. 하지만 만약 블랙홀과 가까워진다면 그곳의 시간이 지구보다 더 천천히 흐른다는 것을 수학적으로 증명해 보인다. 도대체 한 번도 가보지도 않은 블랙홀의 시간을 어떻게 수학적으로 증명할 수 있는지 나 같은 범인은 도무지 알 길이 없지만 역시 천재는 다르구나 싶다.

특수 상대성 이론은 쉽게 요약하자면 ‘빛을 추월할 수 있는 것은 없다’로 기억하는 것이 좋다고 저자는 말한다. 특수 상대성 이론의 결과로 시간지연, 길이수축, 질량증가와 같은 현상이 발생하는데, 책에서는 각각의 현상을 최대한 쉽게 설명하고 있다. 읽으면서 대충 무슨 소린가 고개는 끄덕여 지는데 도저히 요약할 능력은..... 내게 너무 어렵다. 이 이론은 두 가지 절대적인 아이디어에서 나오는데 자연의 법칙은 모든 사람에게 똑같다는 것과 모든 사람이 측정하는 빛의 속도는 언제나 똑같다는 것이다. 자연 법칙이 무슨 뜻인지에 대한 설명 역시 책에 자세히 서술되어 있다.

일반상대성이론은 특수상대성이론을 포괄하는 개념으로 핵심은 중력의 효과와 가속도의 효과가 4차원 시공간에서 어떻게 같아 보일 수 있는지를 이해할 수 있다(p141). 이전까지는 중력에 대한 보편적 개념은 뉴턴에 의해 정의되었다. 하지만 아인슈타인은 자신의 이론을 통해 수성의 타원형 궤도가 세차 운동을 할 때 나타나는 불일치의 모순을 해결해냈다.

평생을 물리와는 거리가 먼, 그저 우주를 조금 동경한 사람으로서 한 번도 가보지 못한 우주를 이정도로 정교하게 생각해 냈다는 게 너무 신기하다. 하지만 두 눈으로 직접 확인할 수 없고 오직 상상으로만 생각해야 하니 나온지 100년이 지난 이 이론이 더 대단하게 느껴진다. 그래도 이 책을 한 번 더 읽는다면 적어도 상대성이론이 왜 과학계에서 인정받는지에 대한 설명정도는 할 수 있는 경지에 오르지 않을까 기대해 본다.